基本粒子问题

在现代物理里，粒子的定义十分混乱。

组成物质的基本粒子，可以成对地消失，转化成能量。比如现在的对撞机实验发现高能正负电子对撞会湮灭为高能光子，高能光子也可以从真空中激发出大量的粒子。

狄拉克提出了满足相对论协变性的量子力学方程——狄拉克方程。由于这个方程自然地导出了电子自旋的结果。而狄拉克方程的解，也暗示存在负能量的电子。真空可以看成填满了所有负能量态的电子形成的海洋。如果一个高能量的γ射线入射到电子海中，海中将有一个电子被激发到海面上，而电子海中也会留下一个空穴。狄拉克给这个空穴起了个名字叫正电子，因为它相当于一个带正电荷的电子在真空中运动。它应该与电子具有相同的质量，但它有正的电量，是电子正能态的一种镜像。这样就可以预料到：当正电子和负电子相遇时，会发生湮灭而产生光子。相反，一对光子的湮灭，也会产生出一对正电子和负电子。

费曼认为电子和正电子通过碰撞，发射出虚光子，另外的电子和正电子所吸收，这样，粒子间对通过交换虚光子发生了相互作用。此时初态和末态，都是可以被直接观测到的真实粒子，而所有中间过程的粒子，存在的时间很短，被称为虚粒子。

量子场论认为电子场的激发和退激发，对应着电子的产生和湮灭，而电磁场的激发和退激发，对应着光子的产生和湮灭。

每一种基本粒子，都对应着一种场，真空是所有的场都处于能量最低的状态。场的能量是量子化的，每一份能量的激发，就在真空中增加了一个粒子。也就是说，粒子只是场的一种激发态。不同的激发态，粒子的数目和状态不同。

粒子的产生和消灭，是由于不同的场，通过相互作用交换能量的结果。换句话说，场之间的相互作用，引起场激发态的改变，表现为粒子的各种反应过程。

而对于这些粒子到底是什么，现代物理根本就没有给出一个统一的令人信服的解释。粒子被认为有具体大小的小球，也被认为是没有体积的质点，可以是费曼图中的线，也可以是量子场中的激发态，或者说它仅仅是一个抽象的数学结构。尤其是关于粒子与场的关系，哪个更根本，根本就没有给出一个真正的解答。

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